시멘트및콘크리트 색상에미치는영향고찰 고객지원팀
동양시멘트 1. 서론시멘트의색 (color) 은시멘트의물리적특성에직접적인영향은없는것으로알려져있으나일정하게유지관리하는것은시멘트의이미지제고등과관련하여무시될수없는요소이다. 특히동일건설현장에 2 개사이상의시멘트가공급되고공급사에따라시멘트의색에차이가클경우콘크리트표면의색차이로미관상문제가되는경우도있다색을객관적으로표현하는방법으로는색의 3 속성, 즉명도 (brightness), 색상 (hue), 채도 (chroma) 로표현하는 Munsell 표색계, CIE 표색계, XYZ 계등의표시방법이있지만시멘트와같이채도가낮고변화가적은경우는 R.S. Hunter Lab 공간에의한표현이일반적이다. L, a, b 공간에의한색은그림 1. 에나와있는것처럼 L(black ~ white:0 ~ 100), a(green ~ red:-a ~ +a), b(blue ~ yellow:-b ~ +b) 로표현된다. 포틀랜드시멘트의색은약 90% 이상을차지하는클링커의색에좌우되며클링커의색에영향을미치는인자로는 1) 주요성분의화학조성, 2) 소량및미량성분, 3) 클링커제조시제반공정조건등을들수있다. 포틀랜드시멘트클링커의색이흑회색의특성을갖는것은주요성분인 Fe 2 O 3 및소량성분인 MgO, 즉 ferrite 상및 ferrite 상에고용되어있는 MgO 에의한것으로알려져있다. C 3 S, C 2 S, C 3 A 등은이들고용체에불순물이없을경우백색을나타낸다. 예로서백색포틀랜드시멘트의경우 Fe 2 O 3 의함량을약 0.3% 이하로제한하고있으며이한계치이상이될경우 Fe 2 O 3 가 belite 와 aluminate 에고용되어황색의클링커가얻어진다. 시멘트의색이실제로문제가되는것은노출콘크리트와콘크리트제품등의경화체의색이다. 경화체색의주요인은 1시멘트분말의색 2배합 3골재의색 4혼화제의사용 5거푸집의재질 6양생조건등으로볼수있다. 여기에서기본적으로시멘트의색에관계되는것에대한표시방법과각종요인의영향을고찰해보고자한다. - - 2
2. 색의표시방법시멘트와같이채도가작고, 변화가적은색을간편하게표시하는방법은 R.S.Hunter의 Lab공간을사용하는경우가많다. Lab공간에의한색의표시방법개요는그림-1에표시하였다. 그림 -1. Hunter 의 Lab 공간에의한색의표시 Lab공간에서의 L( 명도 ) 는검정의 0부터흰색의 100까지이르는척도로표시되고, 수직에크게작용하는정도가흰색이증가하는것을의미한다. 또 +a가증가하면적색이되지만, a가증가하면녹색이증가하는효력이있다. +b가증가하는효력이노란색으로보이고, -b가증가하는효력은청색이증가하는효력이있다. 이 a와 b는 2개의수치에의해색상 (tan θ = b/a) 과채도 (C = (a 2 +b 2 ) 1/2 ) 가동시에표시되는것이가능하다. 또두개의시료의색차이는 E = ( L 2 + a 2 + b 2 ) 1/2 로표시된다. 이 E의감각적색의차이는표 1에나타난관계에서표현할수도있다. 3. 시멘트의색에영향을미치는요인시멘트분말의색에영향을미치는요인을정리하면 1시멘트의주요화학성분 2시멘트의미량성분 3시멘트의제조조건 4시멘트의미분도등으로크게분류될수있다. - - 3
1 시멘트의주요화학성분시멘트의주요성분가운데약 60% 이상은 CaO이며, 다음으로많이함량된 SiO 2 는시멘트의색에크게영향을주지않는다. 주요성분가운데시멘트의색을많이좌우하는것은 Al 2 O 3, Fe 2 O 3, MgO 의함유량이다. Al 2 O 3 가증가하면명도및노란색이증가, Fe 2 O 3 및 MgO의증가는위와같이검은색이증가노란색의감소가일어난다. 시멘트의색에영향을미치는주요화학성분량과색의관계는그림-2에표시했다. 그림 -2. 시멘트의화학성분과색의관계 2 시멘트의미량성분시멘트중의미량성분이영향을미치게하는것으로서 Na 2 O, TiO 2, 망간산화물, Cr 2 O 3 등의성분을들수있다. Na 2 O 및 TiO₂는비교적영향을크게미친다. 이것의함유량이많으면명도와노란색이증가한다. 망간산화물은그것의산화도에서차이는 MnO 2 은청색의증가와흑색이되는 Mn 2 O 3 은흑색에대비해황색이감소하고동시에적색에대비된다. Cr 2 O 3 은녹색, 황색의증가로표시되지만, 명도의변화는나타나지않는다. 기타 K 2 O, P 2 O 5, SO 3 의성분이시멘트의색에거의영향이미치지않는다. 표 -1 색차의표현 색차 E 0~0.5 ~1.5 ~3.0 ~6.0 ~12 12 이상 감각의차미미한차약간의차감지가능한차 눈으로 확인가능차 큰차이매우큰차이 - - 4
3 시멘트의제조조건시멘트의제조조건은색에미치는영향으로는냉각조건을들수있다. 소성클링커를급냉하면황색의명도가증가하는경향이있다. 급냉의조건을강하게하면그것은영향을받기쉽다. 소성온도와소성시간은직접적으로는색에그다지영향을미치지않는다. 또첨가되는화학석고의종류에따라서는석고자체의색이시멘트의색에영향을미치는경우도있다. 근년시멘트중에혼합시멘트의사용비율이증가하고있고, 혼합시멘트의색이화제가이루어지는예도많다. 기본적으로베이스시멘트와혼합재의양자의색에의존하고, 위에서같은화학성분의영향이크다. 표-2에대표적인시멘트 ( 보통, 조강 ) 과혼합시멘트 ( 고로B종 ) 의측정예 (Hunter의 Lab표시 ) 로나타내었다. 표-2 시멘트의색의예 ( Lab 표시 ) 시멘트 L a B 보통 52.1-0.6 6.6 조강 55.7-0.7 6.8 고로 60.1-0.6 5.7 4 시멘트의분말도시멘트의분말도 ( 비표면적 ) 와색과의관계는시멘트의분말이미세할수록명도가거의직선적으로증가하여백색이증가한다. 한편분말도가색상과채도에미치는영향은적다. 4. 콘크리트경화체의색실제로색의문제가거론되는것은노출콘크리트등의마감면등경화체의색이다. 콘크리트경화체의색은시멘트의분말의색을반영하고, 그것은영향이가장크지만, 그외의이유는콘크리트의배합과사용되는골재의색이영향을미친다. 한편혼화제의영향도있지만대부분무시가능하다. 콘크리트경화체의색은실시공에서는사용재료이외에거푸집재질과양생방법등시공조건의요인도영향이있고, 경화체의표면조건과명도의변화를미치게하는것이확인되었다. - - 5
1) 시멘트분말의색은경화체색에영향을미침 2) 몰탈및콘크리트배합에의한영향은작음 3) 골재색에따라다소영향받음. 4) 혼화제사용여부에따른영향은거의없음. 5) 기타 ( 거푸집, 양생조건등 ) - 거푸집이목재의경우그재질에의해서영향을받음. - 양생조건및표면상태에의해서경화체의색은변화지만주로명도가변화고색상및채도에의영향은작음. 콘크리트의표면색상은콘크리트의사용재료에의한착색, 시공에기인하는착색, 기타 ( 거푸집등 ) 시공환경에의한착색등으로크게구분할수있으며, 이에대한원인등을정리하면다음과같다. 콘크리트사용재료 시공 기타 구분 발생원인 콘크리트색상 - 시멘트화학성분 - 검은색으로증가 시멘트 (Fe 2 O 3, MgO 등증가 ) - 슬래그시멘트 - 부분적청녹색 결합재 골재 - 플라이애시 - 골재니분함유 - 골재카본함유 - 골재종류 - 부분적검은색또는짙은검은색계통 - 갈색또는황색얼룩 - 검은얼룩 - 골재종류에따라다름 다짐불균일 - 콘크리트밀도차이 - 부분적색상차이 과도한 - 잉여수발생 - 발생전부위와 진동다짐 발생후부위색상차이 타설시간 - 블리딩수발생 ( 레미콘 - 발생전부위와 간격 타설간격발생 ) 발생후부위색상차이 - 금속재거푸집 - 부분녹물색발생거푸집 - 합판거푸집 - 탄닌산등착색 박리제 - 고르게바르지못함 - 부분얼룩발생 백화 - 시공직후 - 콘크리트경화후 - 1 차백화 - 2 차백화 콘크리트색상차이 ( 부분적얼룩착색 ) 로인하여콘크리트품질에영향을줄수있는인자는골재에과도한미분, 카본이함유한경우, 합판거푸집을사용한경우거푸집표면에서탄닌산, 리그린산등이콘크리트표면으로용출된경우, 박리제종류중유성박리제를과다하게거푸집에바른경우는거푸집탈형시콘크리트 - - 6
표면에서경화가지연되기때문에거푸집에시멘트페이스트층이묻어나오는경우가있다. 이런경우를제외하고콘크리트색상이콘크리트품질에미치는영향은거의없는것으로알려져있다. 콘크리트의색상차이를일으킬수있는원인은여러가지인자에의해발생할수있으며, 노출콘크리트의경우초기에미관상문제가될수있으나, 콘크리트재령이증가할수록색상이옅어지므로장기적으로는문제가되지않을것으로판단된다. - - 7